Поиск


ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №37

                    ( читать ... )

ЖУРНАЛ "ТЕХНИЧЕСКИЙ ТЕКСТИЛЬ" №36

                    ( читать ... )

Ссылки партнеров

Химволокна и нити


Сырьевые/Химволокна и нити/Технология и оборудование для флокирования нитей

Технология и оборудование для флокирования нитей

24 мая 2010
Технический текстиль №24, 2010

Иванов Олег Михайлович
Капитанов Анатолий Федорович
Костенко Андрей Юрьевич
Сцепуржинская Зоя Романовна


Технология электрофлокирования заключается в ориентированном нанесении коротких заряженных волокон в электрическом поле высокого напряжения на основу, предварительно покрытую клеевым слоем. Флокирование плоских материалов (рис. 1) осуществляют в камере включающей:
  • бункер с ворсом, являющийся одновременно верхним электродом и имеющий сетчатое дно, сквозь которое ворс поступает в зону флокирования
  • нижний электрод, на котором располагают материал, покрытый клеевым составом.
В стандартном варианте к верхнему электроду подключают источник высокого напряжения, а нижний электрод заземляют. Возможно подключение потенциала высокого напряжения к нижнему электроду, а нанесение ворса можно осуществлять снизу вверх. Это имеет целый ряд преимуществ.
Наносить ворс можно на различные материалы и изделия как плоские, так и трехмерные, в том числе на нити. Флокированная нить представляет собой стержневую нить с клеевым слоем, в котором радиально с высокой плотностью закреплен ворс (рис. 2).
Благодаря такой структуре, плотность ворсового покрова, т. е. количество ворсинок на единице площади нити, значительно выше, чем на плоской поверхности. Отношение предельных плотностей ворсового покрова на цилиндрической и плоской поверхностях (например, для ворса d = 20 мкм и l = 1 мм) может достигать двух и более. Это свидетельствует о том, что флокированная нить имеет исключительно развитую поверхность и позволяет создавать материалы с очень ценными свойствами.
Как правило, такие нити используют при изготовлении применяемых в автомобилях обивочных тканей, которые обладают хорошей воздухопроницаемостью, прекрасными теплоизоляционными свойствами и высоким влагопоглощением в сочетании с высокой износостойкостью, привлекательным внешним видом и значительной долговечностью (рис. 3).
В качестве ворса можно использовать не только химические волокна, но практически любое волокно, обладающее соизмеримой с ними линейной плотностью и достаточно высокой электропроводностью. Этим требованиям отвечает, например, углеродное волокно. Использование углеродных волокон в качестве ворса для флокированных нитей в сочетании с их исключительно развитой поверхностью позволит создавать фильтры, обладающие рядом ценных свойств. Появляется возможность создавать материалы, в структуре которых значительная доля углеродных волокон и которые при этом обладают хорошей водо- и воздухопроницаемостью, а также достаточной прочностью. Формируя флокированную нить из высокопрочной стержневой нити с более длинным и жестким ворсом, можно применять ее в качестве армирующей структуры композитов.
Основные технологические операции для получения таких нитей включают: 
  • разматывание стержневых нитей и создание их необходимого натяжения
  • приготовление клеевого состава
  • нанесение связующего на стержневые нити
  • контроль качества ворса
  • нанесение ворса в электрическом поле
  • термофиксация клеевого слоя
  • охлаждение флокированных нитей
  • мягкая намотка флокированных нитей
  • контроль качества нитей, перемотка на бобины и упаковка.
Практически все эти операции потребовали специальных технических решений. При нанесении клея пришлось отказаться от использования выходных калиброванных отверстий. Был использован вращающийся вал, который погружен в клей, а нити проходят, касаясь его поверхности. Изменяя скорость вращения вала, можно регулировать толщину клеевого слоя. При этом клей на валу постоянно обновляется, что исключает его высыхание. Необходимым условием флокирования нитей является электропроводность клеевого слоя, который необходимо заземлять. Это делается для того, чтобы быстро отводить заряд, поступающий к нитям с ворсом.
Важным этапом разработки технологии был выбор схемы подключения электродов к потенциалам высокого напряжения. На рис. 4 представлены четыре возможных варианта и для наглядности показаны силовые линии.
  1. Традиционное подключение. Для флокирования нитей он неприемлем, так как между заземленными нитями и заземленным электродом поле практически отсутствует. Большая часть ворса, пройдя между нитями, попадает на нижний электрод, где и остается из-за отсутствия поля
  2. Второй вариант представляет интерес, так как ворс, попавший на нижний электрод, остается активным, заряжается и движется к нитям. В то же время верхний электрод заземлен. Это позволяет около него располагать различные механизмы (привод, двигатель и др.) безопасно для электрических пробоев и в широком диапазоне регулировать скорость подачи ворса
  3. Третий вариант реализован в Германии. Он является приемлемым, но имеет ряд недостатков. Ворс, двигаясь по силовым линиям, внедряется в клеевой слой нити только сверху и снизу. Значительная часть ворса перемещается между нитями, не внедряясь в клеевой слой. Возникает дополнительная проблема – необходимость вращения нитей в процессе флокирования.
  4. Четвертый вариант представляется очень интересным: все силовые линии поля замкнуты на нити, т.е. ворс будет двигаться именно к ним. При этом ворс будет наноситься и на боковые поверхности нитей. Его недостатком является ограниченный диапазон регулирования скорости подачи ворса.
Экспериментальные исследования процесса показали, что скорость нанесения ворса растет с увеличением напряжения флокирования в обоих вариантах подключения электродов (втором и четвертом). Однако величина напряжения ограничена порогом возникновения коронного разряда с нитей. При возникновении коронного разряда процесс нанесения ворса полностью прекращается.
Величина напряженности поля на поверхности нити зависит от условий процесса нанесения. Разработанное математическое описание поля ряда параллельных проводников между заряженными электродами позволяет рассчитать напряженность поля в любой точке пространства между элетродами, а значит расчетным путем выбирать оптимальные условия (напряжение и расстояние от нитей до электрода). Последние должны обеспечивать максимальную напряженность на электроде для наилучшей зарядки ворса при том, что напряженность на поверхности нити ниже порога возникновения коронного разряда.
На графике (рис. 5) одновременно представлены зависимости напряженности на поверхности электрода, определяющей заряд ворса, и напряженности на поверхности нити, которая не должна превышать порог начала коронного разряда.
На основе проведенных исследований предложено конструктивное решение узла флокирования нитей, сочетающее обе выбранные схемы (рис. 6). Первая зона флокирования использует вариант 2: верхний электрод заземлен, вторая зона – вариант 4. Ворс из 1-ой во 2-ю зону перемещается на транспортере. Это позволяет в первой зоне задавать необходимую скорость подачи ворса, обеспечивая им обе зоны и устанавливать оптимальное значение напряженности. Вторая зона обеспечивает равномерность нанесения по окружности нити, высокую плотность и скорость нанесения.
Высокая скорость флокирования требует высокой скорости сушки клеевого слоя. Был выбран способ, использующий ИК-излучение. Он обеспечивает высокую скорость при удобстве управления и, сравнительно дешевом оборудовании. В данном случае используют цилиндрические излучатели с параболическими отражателями. Обычно излучатель устанавливают в точке фокуса отражателя. Это обеспечивает параллельный, но неоднородный поток излучения.
Для обеспечения равномерного поля облучения предложено смещать излучатель из фокуса. В этом случае распределение интенсивности отраженного потока имеет вместо одного – два максимума (рис. 7). При этом суммарное распределение интенсивности становится более равномерным. Параметры такой конструкции оптимизируются по минимуму отклонения интенсивности от среднего значения в нужной области.
В таблице представлены некоторые характеристики флокированных нитей и оборудования для их производства.
В результате проведенных исследований были разработаны основные положения технологии получения флокированных нитей и подготовлено техническое задание и техническая документация на ряд узлов. Далее необходимо разработать и изготовить оборудование, но это может быть сделано, только при наличии инвестиций. Для выпуска флокированных нитей с ворсом из углеродных волокон также необходима значительная доработка технологии.

КОМПАНИИ И ТОРГОВЫЕ МАРКИ, УПОМЯНУТЫЕ В СТАТЬЕ

ПОХОЖИЕ СТАТЬИ